Колебания пластины быстро затухают

Способ прямого доказательства предполагает, что из какой-то посылки будут получены логические следствия, которые, в свою очередь, будут соотнесены с экспериментальными данными. Чем больше экспериментальных данных будет согласовано со следствиями, тем больше оснований будет у нас доверять выдвинутой посылке.

При изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в контуре возникает индукционный ток такого направления, что порожденное им магнитное поле создает магнитный поток препятствующий изменению магнитного потока, порождающего индукционный ток.

При удалении магнита от сплошного кольца, оно притягивается к магниту.

При сближении магнита и сплошного кольца, кольцо отталкивается от магнита.

Результаты опытов не зависят от того, каким полюсом магнит обращен к кольцу.

Таким образом, обобщая результаты наблюдений, можно построить следующую цепочку суждений.

1. Раз кольцо начинает взаимодействовать с магнитом, значит вокруг него возникает магнитное поле.

2. Поскольку кольцо изготовлено из немагнитного металла, это поле может породиться протекающим по кольцу током.

3. Так как взаимодействие появляется только при взаимном движении кольца и магнита, ток в кольце появляется за счет этого движения.

4. При движении магнита относительно кольца изменяется магнитный поток, пронизывающий кольцо, следовательно, ток возникающий в кольце, является индукционным.

5. Так как при взаимном сближении кольца и магнита, происходит их отталкивание, вектор индукции магнитного поля магнита направлен противоположно вектору индукции магнитного поля кольца.

6. Так как при взаимном удалении кольца и магнита, происходит их притяжение, вектор индукции магнитного поля магнита сонаправлен с вектором магнитного поля кольца.

7. Во всех случаях, направление индукционного тока можно определить исходя из правила:

Конкретно, направление индукционного тока в проводнике и знак возникающей ЭДС можно определить следующим образом.

Рассмотрим случай, когда в проводящее кольцо вводится магнит. Магнитный поток, пронизывающий кольцо, нарастает. Вектор, индукции магнитного поля магнита, сонаправлен с вектором скорости движения магнита.

В этом случае вектор индукции магнитного поля, созданного индукционным током, направлен против скорости движения магнита.

Вращая правый винт так, чтобы направление вращения ручки совпадало с направлением силовых линий магнитного поля, созданного индукционным током (или, что то же самое, было противоположным направлению движения магнита), по направлению перемещения винта определяем направление индукционного тока. В нашем случае ток направлен против часовой стрелки.

Соответствующие рассуждения можно провести для случая, когда магнит выдвигается из кольца.

Магнитный поток, пронизывающий кольцо, убывает. Вектор, индукции магнитного поля магнита, направлен противоположно вектору скорости движения магнита.

Вектор индукции магнитного поля, созданного индукционным током, также направлен противоположно вектору скорости движения магнита.

Вращая правый винт так, чтобы он вкручиваясь в плоскость, пронизываемую магнитным полем, двигался в направлении, совпадающем с направлением вектора индукции магнитного поля, созданного индукционным током (или, что то же самое, в направлении, противоположном скорости движения магнита), по направлению вращения ручки определяем направление индукционного тока.

Или:

Вращая правый винт так, чтобы направление вращения ручки совпадало с направлением силовых линий магнитного поля, созданного индукционным током (или, что то же самое, было противоположным направлению движения магнита), по направлению перемещения винта определяем направление индукционного тока.

В этом случае ток направлен против часовой стрелки.

Правило определения направления индукционного тока в замкнутом проводнике получено нами на основе логических рассуждений, построенных в свою очередь на экспериментальных фактах.

Проведенные рассуждения достаточно правдоподобны, но, тем не менее, они требуют дополнительной проверки.

Один из вариантов проверки достоверности сделанных выводов заключается в получении тех же самых результатов другими способами.

В математике существует способ косвенного доказательства, называемый доказательством от противного. Его можно попытаться применить и к нашему случаю.

Сущность доказательства от противного состоит в том, что вместо суждения, истинность которого требуется доказать, временно в качестве истинного принимается противоположное суждение, из которого вытекают свои следствия. Если удастся каким-то способом доказать ложность следствий, тем самым будет доказана и ложность принятого суждения, а значит справедливость суждения противоположного, изначально интересующего нас.

Применим этот способ доказательства к определению направления индукционного тока в замкнутом проводнике.

Предположим, что индукционный ток, порожденный изменяющимся магнитным потоком, пронизывающим замкнутый контур, имеет такое направление, что порожденное им магнитное поле создает магнитный поток не препятствующий, а содействующий изменению магнитного потока, порождающего индукционный ток.

Пусть, например, к алюминиевому кольцу начнет приближаться северный полюс полосового магнита.

Нарастающий магнитный поток, пронизывающий кольцо приведет к появлению в кольце индукционного тока.

Чтобы, согласно нашей посылке, этот ток создал магнитное поле, способствующее нарастанию магнитного потока, пронизывающего контур, на краю кольца, расположенному ближе к северному полюсу полосового магнита, должен появиться южный полюс.

Если это будет действительно так, то со стороны кольца на полосовой магнит начнет действовать сила, которая приведет к ускоренному сближению кольца и магнита.

По мере увеличения скорости их сближения, будет возрастать сила индукционного тока, соответственно увеличиваться индукция порожденного им магнитного поля и далее сила взаимодействия кольца и магнита.

Описанный процесс должен начаться сразу же, как только произойдет малейшее движение полосового магнита в сторону кольца. Дальше всякое вмешательство извне можно было бы прекратить, процесс пошел бы сам по себе, безо всяких затрат энергии, что запрещается законом сохранения энергии.

Поскольку сделанная посылка относительно направления индукционного тока приводит к выводам, противоречащим одному из фундаментальных законов природы, эта посылка оказывается неверной. Она требует замены посылкой прямо противоположной, той которая была сделана выше.

Доказательство справедливости рассуждений относительно направления индукционного тока может быть и прямым.

Если наша посылка относительно направления индукционного тока верна, то следует ожидать существования эффекта торможения проводника, движущегося в магнитном поле, способном создать в этом проводнике изменяющийся магнитный поток.

Действительно, если проводник будет входить в область пространства, в которой имеется магнитное поле, то магнитный поток, пронизывающий его, будет увеличиваться.

Если проводник будет выходить из этой области, магнитный поток, пронизывающий его, будет уменьшаться.

И в том, и в другом случае, в проводнике должен возникать индукционный ток такого направления, что своим магнитным полем он будет препятствовать причине его вызывающей.

Эффект торможения проводника должен быть выражен тем ярче, чем больший индукционный ток будет протекать по этому проводнику.

Согласно закону Ома, сила тока прямо пропорциональна ЭДС (в данном случае ЭДС индукции) и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

При одинаковой скорости изменения магнитного потока, в разных проводниках будет наводиться одинаковая ЭДС индукции, следовательно сила индукционного тока в этих проводниках будет определяться сопротивлениями проводников.

Увеличивая сопротивление проводника, можно уменьшить силу индукционного тока, возникающего в нем, что в свою очередь, приведет к уменьшению индукционного магнитного потока, порожденного этим током. Уменьшится и эффект торможения проводника в магнитном поле.

Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине, обратно пропорционально площади поперечного сечения и зависит от материала, из которого проводник изготовлен.

Меняя параметры, от которых зависит сопротивление проводника, можно, в конечном счете, влиять на индукционные эффекты.

Например, в нашем случае, чтобы снизить эффект торможения проводника, проходящего через область, пронизываемую магнитным полем, можно уменьшить его толщину и сделать в нем ряд прорезей, что эквивалентно увеличению длины проводника.

Проведенные рассуждения можно проверить на опыте.

Возьмем проводник, изготовленный из сплошной толстой алюминиевой пластины и укрепим его на штанге, подвешенной за верхний конец. Полученный таким образом маятник может совершать слабо затухающие колебания. Однако, если маятник будет двигаться вблизи электромагнита, степень затухания его колебаний значительно возрастет.

Изготовим электромагнит из дроссельной катушки, надетой на стальной сердечник с полюсными наконечниками. Катушку подключим к источнику постоянного тока напряжением несколько десятков вольт.

Приведем в колебательное движение пластину и включим источник тока.

Увеличим магнитный поток, пронизывающий пластину. Для этого пододвинем металлический стержень электромагнита ближе к колеблющейся пластине.

Дата добавления: 2015-06-27